有限深度均匀流中圆柱桩群绕流对流速的影响*

通过有限深度均匀流水槽试验研究不同圆柱桩群对均匀水流的绕流影响程度.通过多组试验研究数据对比分析得到圆柱桩群对均匀水流的影响规律;不同圆柱桩群对同样水流影响性质与程度的差别;不同圆柱桩群对水流流场影响范围的规律;圆柱桩群的阻流率、排架密度、桩群长度对水流流场的影响规律;不同流速的水流对圆柱桩群影响的反应规律;水流绕流圆柱桩群时,横向断面流速的变化规律等.研究分析还发现:桩群阻力是桩群影响水流的一个因素但非唯一因素,桩群的排列方式和桩群迎流角对水流流速的变化有不同程度的影响,且其影响程度大于阻力影响.     

有限深度均匀水流中圆柱横向阻力影响特性

为解决规则圆柱桩群阻力计算问题，以指导涉及规则圆柱桩群的物理模型试验和数值模拟计算等工作，在归纳总结已有研究成果的基础上，通过先进的数显式测力设备和较为准确的悬浮测力法，对有限深度均匀水流中多圆柱横向等间距不同方式的排列桩群进行了阻力测试研究，得出了有限深度均匀水流中圆柱横向阻力影响特性规律，并归纳总结出了圆柱横向阻力影响系数的经验公式。通过大量的测试试验数据证实了这些研究规律的准确性、有效性及实用性，对工程实践具有参考价值。     

异型群桩水流载荷遮掩效应受力分析

中马友谊大桥采用群桩基础，洋流经过群桩时会产生纵向和横向位移。为了探索异型群桩水流载荷计算方法，通过单向水槽模型试验测量单桩、双桩水流载荷，提出异型群桩水流载荷公式，并结合群桩水流载荷试验结果验证计算公式的合理性。结果表明，并列双桩水流载荷随着桩心距增加而减小，桩心距大于5D时，双桩之间干扰效应消失；串联双桩中后桩水流载荷随着桩心距增加而增加，桩心距大于20D时，双桩之间遮掩效应减弱；随着流向角增加，后桩受到的水流载荷呈正弦分布，且随着桩心距变化出现不同趋势。     

在不规则波和逆流共同作用下串列双柱柱列上的波流力

本文通过试验测定了串列双桩在不规则波和逆向稳定流共同作用下，在不同桩距条件下桩柱所受的正向力与横向力，分析了正向力、横向力及合力的时域和频域特征，给出了正向力、横向力及其合力的群桩系数随相对桩距的变化规律。     

圆柱桩群局部冲刷特性试验

通过在宽长水槽中进行的单向恒定均匀流作用下,不同桩群、不同流速或不同水深情况下的圆柱桩群局部动床冲刷对比试验研究,分析试验后水槽地形变化的资料发现：圆柱桩群局部冲刷非常复杂,圆柱桩群的存在极大地改变了原有的水沙运动状态,加剧了桩群所在底床泥沙的冲淤。圆柱桩群对其所在底床冲淤影响特性不能只用桩群阻力简单解释,而与圆柱排列形式关系最为密切、影响也最大,水流流速及水深的影响实际通过圆柱桩群对流场改变的性质及程度来反映。     

水流流向对圆柱群阻力特性影响研究

为解决工程实际中桩群码头的水流绕流阻力计算问题,以指导涉及桩群的物理模型试验和数值模拟计算等工作,在归纳总结已有的研究成果的基础上,通过先进的数显式测力设备和悬浮测力法对有限深度均匀水流中,不同水流流向对圆柱群绕流阻力影响的测试研究,得出迎流角对圆柱桩群阻力的影响规律,并得出圆柱桩群阻力的迎流角影响系数和其经验公式,并进一步归纳总结出迎流角度为θ的矩形排列圆柱桩群的总阻力计算经验公式;并通过试验测试得到了良好的验证,证实了这些研究规律和公式的正确性和可靠性.该研究成果进一步完善和发展了有限深度均匀水流中,水流流向对圆柱群绕流阻力影响特性规律,并指出该研究的工程意义与价值.     

作用在高桩承台上的不规则波波浪力试验研究

针对不规则波中高桩承台所受波浪力进行了物理模型试验研究,系统分析了该结构的群桩水动力特性,重点考察了整体总力达到最大值时相应的桩柱波浪力规律。试验通过整体总力与各个组成桩单桩力的同步监测,得到群桩总力最大时刻各组成桩的受力。在试验数据分析的基础上,给出了前、中、后三桩的波浪力历时曲线及波高过程线,并就其相位进行对比分析;研究了各组成桩群桩总力系数、群桩正向力与横向力之比、群桩系数及单桩正向力与横向力之比随水深的变化规律,探讨了承台与群桩以及各组成桩桩力之间的分配比例并最终确定了最大受力桩。     

不规则波作用下9桩串列群桩效应的实验研究

小尺度的群桩结构在海洋工程建筑物中应用广泛,其在波浪作用下产生的群桩效应也被国内外学者所关注,但是目前有关群桩效应的研究多限于较少桩柱。基于物理模型实验,对不规则波作用下,9桩串列群桩中各桩所受正向力、横向力进行了研究,结合对应波浪作用下孤立桩所受波浪力,分析了正向力和横向力群桩系数K_(G,1/3)、K_(GL,1/3)随相对桩距S/D和KC_(1/3)数变化的规律,并对比了群桩中各桩上群桩系数的区别。     

叉桩扭角对高桩码头抗震性能影响分析

以高桩码头双轴对称桩基码头结构段为研究对象,建立空间有限元模型,采用振型分解反应谱法对水平地震作用横向、纵向输入进行了地震动力响应分析,对比分析了叉桩扭角变化对结构响应的影响,讨论了纵向斜桩对结构抗震性能的影响。计算结果表明:横向水平地震作用下,除桩轴力外,其结构的响应随着叉桩扭角的增大而增大;纵向水平地震作用下,桩轴力随扭角的增大而增大,其他结构响应则随扭角的增大而减小;纵向水平地震作用下结构的动力响应较大,增加纵向斜桩能更好的抵抗纵向水平地震荷载,但增加纵向斜桩其最大桩轴力响应将较无纵向斜桩时增加较多。     

水平地震作用下高桩码头结构响应谱分析

以高桩码头一个结构段为研究对象,建立空间有限元模型,采用振型分解反应谱法探讨了此类结构在水平地震作用下的响应,对不同地震方向作用下码头桩基内力变化进行分析。计算结果表明:结构在纵向水平地震作用下叉桩桩顶弯矩明显大于横向水平地震作用下的桩顶弯矩;当码头桩基布置对纵轴不对称时,纵向水平地震作用下桩的扭矩较大;横向地震作用下,后叉桩的轴力较大。研究结果可为高桩码头的抗震设计提供参考。     

桩基布置对高桩码头撞击力分配的影响

通过建立包含船、护舷、码头的有限元模型,给定船舶的靠泊速度模拟了船舶靠泊的全过程,得到更符合实际情况的船舶撞击力变化曲线和码头结构的动力反应。研究发现因为叉桩扭角的影响,横向的船舶撞击力在码头较薄弱的纵向也会产生较大的纵向力,最大可达撞击力峰值的6%~8%,这是规范所不曾考虑的。通过对比5种不同的桩基布置方式的分配系数,可得出全对称布置方式优于非对称布置方式的结论。     

水平荷载作用下高桩码头叉桩扭角布置研究

以湛江某高桩码头标准结构段桩基布置为例,运用有限元软件ANSYS建立空间有限元模型,考虑4种水平荷载作用控制工况,对不同叉桩扭角布置方案码头桩基内力进行计算分析,讨论水平地震荷载及船舶荷载对叉桩扭角布置的影响.计算结果表明:结构横向水平位移与桩弯矩随扭角的增大而增大,结构纵向水平位移和桩弯矩随扭角的增大而减小;在纵向水平地震荷载组合工况下,码头结构位移及桩弯矩最大;综合考虑纵横向刚度的影响,本码头结构段叉桩扭角选用20°较为合理.     

基于欧洲规范的高桩码头结构地震作用分析

根据欧洲规范BS EN 1998的有关规定,采用有限元计算软件ANSYS中的振型分解反应谱法,对纵、横两个方向水平地震作用下的某高桩码头结构进行分析,得到码头结构钢管桩基础的轴力、弯矩等结果及其分布规律。     

高桩码头横向分力在各排架的分配

高桩码头设计是按弹性支承刚性梁法计算横向分力在各排架上的分配。但随着大直径桩的应用,桩基的水平刚度可比过去传统的小直径方桩增大许多倍,有些特殊的长分段码头其分段长度与平台宽度之比很大,是否无论码头分段多长、平台多窄、桩基如何选型及布置都能按刚性梁法计算分配排架横向分力？对此进行研究,解决了以下2个问题：1）在什么条件下可采用刚性梁法,在什么条件下应采用弹性梁法;2）当平台截面与排架水平刚度一定时,分段超过多少跨后,对减小排架承担的船舶撞击力或系缆力影响不大。有助于设计判断采用哪种计算方法,并从有效减小排架横向分力的角度上考虑确定不宜超过的分段跨数,可供设计参考。     

在水平静力作用下全直桩码头结构整体筒化计算方法

基于基桩＋刚性平台空间简化计算模型,提出了全直桩码头在水平荷载作用下整体结构的简化计算方法,并进行算例验证。结果表明,三维简化计算的桩顶位移、内力与有限元方法计算结果接近,简化计算精度一般情况可以满足结构设计分析的需要。全直桩码头桩基纵横向抗推总刚度相同,基桩纵横向抗推刚度对码头平台抗扭刚度的影响系数近似,与桩基布置的宽长比b／l的二次方成正比。因此,b／l〉0．5时,按规范方法进行横向力分配计算将会有较大的误差,此时宜直接按三维空间简化计算。     

基于PIV的客滚船风阻流场研究

为准确分析客滚船在不同风向角下的流场分布,基于PIV技术研究了某型客滚船在25m/s风速下,5个不同风向角的风阻变化和流场分布;利用PIV技术得出某型客滚船纵向、横向以及水平方向的空气流场特性。结果表明:随着风向角的增加,纵向风轴阻力和横向侧向力呈"抛物线"规律变化,偏航力矩呈"正弦曲线"分布,并存在两个方向相反的阻力峰。利用PIV流场分布图与常规测力试验的风阻曲线对客滚船风阻流场进行分析研究,所得结果可为以后的CFD计算验证以及后期风阻优化提供参考依据。     

外壳板采用纵骨加强的双层加肋圆柱壳水下声辐射分析

建立了外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射计算方法，计算模型采用Donnell壳体理论，考虑了环肋、舱壁和实肋板对内外圆柱壳的径向、切向、纵向反作用力以及纵向反弯矩，利用傅氏变换和模态展开在波数域建立了计算模型的声弹耦合控制方程。推导了所有结构部件以及水介质的速度阻抗表达式，采用数值计算方法在波数域求解出径向振动速度，利用稳相法得到远场辐射声压。研究表明，如果纵骨沿圆周均匀排列，则纵骨的存在不导致圆柱壳周向模态耦合，纵骨加强的双层圆柱壳水下声辐射计算可以大大筒化。采用文中方法研究了环频率以下外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射特性，计算表时：在较低的频率段，外壳板采用纵骨加强使双层加肋圆柱壳水下辐射声压增大；增大纵骨刚废，结构辐射声压也相应增大；纵骨间距对双层加肋圆柱壳水下声辐射影响比较复杂，辐射声压谱随纵骨间距变化较大，而总声级变化不明显。     

游艇码头定位桩桩长的确定方法

针对温州瓯江港区浮式游艇码头在接近35 m淤泥质土的地质条件下全直定位桩桩长确定和地基承载能力的问题,采用数值模拟方法,在波浪力和水流力作用下,对不同定位桩长的码头结构进行三维全尺度数值模拟分析和地基承载力校验,得到不同定位桩长的剪力和弯矩的内力分布特征、桩顶最大位移、桩身最大应力随不同桩长变化趋势。再根据定位桩自重和桩侧土极限侧摩阻力标准值确定桩底应力,与地基承载能力进行对比分析。研究表明,对于类似工程,可采用以地基承载力和桩顶位移为主、以桩身应力控制为辅助的控制方法来确定桩长。     

某高桩码头断桩现象分析

介绍某高桩码头靠岸侧斜桩在桩帽处断桩现象,分析认为在斜桩轴向力的水平分力作用下,斜桩与桩帽的连接强度不足是断桩主要原因,软土地基、施工质量和堆场超载也是断桩原因,建议桩的结构计算时要进行斜桩与桩帽或横梁连接计算。